化学前沿讲座PPT学习课件

1、灰白色灰白色与与伪彩色伪彩色 牛牛文库文档分享 美丽的地球美丽的地球 牛牛文库文档分享 多彩的生活多彩的生活 牛牛文库文档分享 七彩之源七彩之源 牛牛文库文档分享 光辐射光辐射 光光 辐辐 射射 平平 衡衡 辐辐 射射 热热 辐辐 射射 连续光谱，如日光、蜡烛、白炽灯等连续光谱，如日光、蜡烛、白炽灯等 非非 平平 衡衡 辐辐 射射 发发 光光 非连续光谱，如荧光灯、非连续光谱，如荧光灯、CRT、激光等激光等 牛牛文库文档分享 热辐射热辐射 热辐射热辐射 任何物体只要具有一定的温度，则该物体必定具有与此温度下处于热平任何物体只要具有一定的温度，则该物体必定具有与此温度下处于热平 衡状态的辐射，如

2、日光、蜡烛、白炽灯等。衡状态的辐射，如日光、蜡烛、白炽灯等。 牛牛文库文档分享 发发 光光 发发 光光 非平衡辐射是指在外界作用的激发下，体系偏离原来的平衡态，如果非平衡辐射是指在外界作用的激发下，体系偏离原来的平衡态，如果 物体在回复到平衡态的过程中，其多余的能量以光辐射的形式释放出来，则称为物体在回复到平衡态的过程中，其多余的能量以光辐射的形式释放出来，则称为 发光。发光。 发光是一种叠加在热辐射背景上的非平衡辐射，其持续时间要超过光的振动周期。发光是一种叠加在热辐射背景上的非平衡辐射，其持续时间要超过光的振动周期。 牛牛文库文档分享 发光现象发光现象 当某种物质受到诸如光的照射、外加电场

3、或电子束轰击等的激发后，只要该物当某种物质受到诸如光的照射、外加电场或电子束轰击等的激发后，只要该物 质不会因此而发生化学变化，它总要回复到原来的平衡状态。质不会因此而发生化学变化，它总要回复到原来的平衡状态。 在这个过程中，一部分能量会递过光或热的形式释放出来。在这个过程中，一部分能量会递过光或热的形式释放出来。 如果这部分能量是以可见光或近可见光的电磁波形式发射出来的，就称为如果这部分能量是以可见光或近可见光的电磁波形式发射出来的，就称为发光发光 现象现象。 这种能量的发射过程具有一定的持续时间。这种能量的发射过程具有一定的持续时间。 牛牛文库文档分享 固体发光的两个基本特征固体发光的两个

4、基本特征 1、任何物体在一定温度下都有热辐射；发光是物体吸收外来能量后所发出的总、任何物体在一定温度下都有热辐射；发光是物体吸收外来能量后所发出的总 辐射中超出热辐射的部分。辐射中超出热辐射的部分。 2、当外界激发源对物体的作用停止后，发光现象还会持续一定的时间，称为余、当外界激发源对物体的作用停止后，发光现象还会持续一定的时间，称为余 辉。辉。 这是固体发光与其它光发射现象的根本区别。这是固体发光与其它光发射现象的根本区别。 牛牛文库文档分享 荧光和磷光荧光和磷光 人们曾以发光持续时间的长短把发光分为两个过程：把物质在受激发时的发光称人们曾以发光持续时间的长短把发光分为两个过程：把物质在受激

5、发时的发光称 为为荧光荧光，而把激发停止后的发光称为，而把激发停止后的发光称为磷光磷光。 一般常以持续时间一般常以持续时间10-8s为分界，持续时间短于为分界，持续时间短于10-8s的发光被称为荧光，而把持的发光被称为荧光，而把持 续时间长于续时间长于10-8s的发光称为磷光。的发光称为磷光。 现在，除了习惯上还保留和沿用这两个名词外，已不再用荧光和磷光来区分发光现在，除了习惯上还保留和沿用这两个名词外，已不再用荧光和磷光来区分发光 过程。因为任何形式的发光都以余辉的形式来显现其衰减过程，而衰减时间可以过程。因为任何形式的发光都以余辉的形式来显现其衰减过程，而衰减时间可以 极短极短(10-8s

6、)，也可能很长也可能很长(十几小时或更长十几小时或更长)。 发光现象有着持续时间的事实，说明物质在接受激发能量和产生发光的过程中，发光现象有着持续时间的事实，说明物质在接受激发能量和产生发光的过程中， 存在着一系列的中间状态。存在着一系列的中间状态。 牛牛文库文档分享 发光材料发光材料 又称发光体，是一种能够从外界吸收各种形式的能量转换为非平衡光辐射的功能又称发光体，是一种能够从外界吸收各种形式的能量转换为非平衡光辐射的功能 材料。材料。 发光材料的分类发光材料的分类 发光材料的发光方式可发光材料的发光方式可按其被激发的方式进行分类按其被激发的方式进行分类：光致发光光致发光、 电致发光电致发光

7、、阴极射线发光阴极射线发光、X射线及高能粒子发光射线及高能粒子发光、化学发光化学发光和和生物发光生物发光等。等。 牛牛文库文档分享 电致发光电致发光(e1ectroluminescence) 由电场直接作用在物质上所产生的发光现象，电能直接转换成光能，而无热辐由电场直接作用在物质上所产生的发光现象，电能直接转换成光能，而无热辐 射产生。射产生。 过去又因这是在电场作用下产生的发光，还曾使用过过去又因这是在电场作用下产生的发光，还曾使用过“场致发光场致发光”的术语。可的术语。可 分为两类：分为两类：注入式发光注入式发光和和本征型发光本征型发光。 半导体二极管半导体二极管LED是一种注入式发光，它

8、是由电子是一种注入式发光，它是由电子-空穴对在空穴对在p-n结附近复合而结附近复合而 产生的发光现象。产生的发光现象。 本征型发光是通过高能电子碰撞激发发光中心所产生的发光现象，电子能量来本征型发光是通过高能电子碰撞激发发光中心所产生的发光现象，电子能量来 源于数量级为源于数量级为108V/m的高电场，因此这种发光现象又称为的高电场，因此这种发光现象又称为高场电致发光高场电致发光 。 牛牛文库文档分享 阴极射线发光阴极射线发光(cathodeluminescence) 发光物质在电子束激发下所产生的发光发光物质在电子束激发下所产生的发光。 电子射入发光材料的晶格，由于一系列的非弹性碰撞而形成二

9、次电子，其中一电子射入发光材料的晶格，由于一系列的非弹性碰撞而形成二次电子，其中一 部分由于二次发射损失掉，而大部分电子激发发光中心，以辐射或无辐射跃迁部分由于二次发射损失掉，而大部分电子激发发光中心，以辐射或无辐射跃迁 形式释放所吸收的能量，这些跃迁的比例决定了发光的效率。形式释放所吸收的能量，这些跃迁的比例决定了发光的效率。 通常电子束激发时，电子所具有的能量是很大的，都在几千电子伏以上，甚至通常电子束激发时，电子所具有的能量是很大的，都在几千电子伏以上，甚至 达几万电子伏。一个高速电子的能量是光子能量的几千倍或更多，这足以产生达几万电子伏。一个高速电子的能量是光子能量的几千倍或更多，这足

10、以产生 干百个发光辐射光子。干百个发光辐射光子。 如电视机显像管如电视机显像管CRT。 牛牛文库文档分享 辐射发光辐射发光 在在X射线、射线、 射线、射线、 粒子、粒子、 粒子等高能粒子激发下，发光物质所产生的发光粒子等高能粒子激发下，发光物质所产生的发光 被称做被称做X射线及高能粒子发光。射线及高能粒子发光。 发光物质对发光物质对X射线和高能粒子能量的吸收包括三个过程：带电粒子的减速、高射线和高能粒子能量的吸收包括三个过程：带电粒子的减速、高 能光子的吸收和电子能光子的吸收和电子-正电子对的形成。正电子对的形成。 如闪烁体如闪烁体NaI:Tl；Bi3Ge3O12单晶等。单晶等。 牛牛文库文档

11、分享 化学发光和生物发光化学发光和生物发光 化学发光化学发光：由化学反应过程中释放出来的能量激发发光物质所产生的发光，被：由化学反应过程中释放出来的能量激发发光物质所产生的发光，被 称作化学发光。称作化学发光。 生物发光生物发光：在生物体内，由子生命过程的变化，其相应的生化反应释放的能最：在生物体内，由子生命过程的变化，其相应的生化反应释放的能最 激发发光物质所产生的发光被称作生物发光。激发发光物质所产生的发光被称作生物发光。 牛牛文库文档分享 光致发光光致发光(Photoluminescence) 光致发光光致发光(Photoluminescence)是用光激发发光体引起的发光现象。它大致是

12、用光激发发光体引起的发光现象。它大致 经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段。经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段。 光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。而能量传递则是由光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。而能量传递则是由 于激发态的运动。于激发态的运动。 光致发光材料可分为荧光灯用发光材料、光致发光材料可分为荧光灯用发光材料、LED发光材料、发光材料、PDP用发光材料、长用发光材料、长 余辉发光材料和上转换发光材料。余辉发光材料和上转换发光材料。 牛牛文库文档分享 光致发光光致发光过程过程 基质晶格吸收激发能；基质晶格吸收激发能； 基质晶格将吸收的激发能传递

13、给激活离子，使其激发；基质晶格将吸收的激发能传递给激活离子，使其激发； 被激发的离子发光而返回基态。被激发的离子发光而返回基态。 若基质中有激活中心若基质中有激活中心A和敏化中心和敏化中心S，同时基质的吸收不产生辐射，那么有同时基质的吸收不产生辐射，那么有A吸收吸收 激发能后产生辐射，实现激发能后产生辐射，实现“发光发光”；S吸收激发能，并将能量传递给吸收激发能，并将能量传递给A，再由再由A辐辐 射出来，这一过程称为射出来，这一过程称为“敏化发光敏化发光”。 牛牛文库文档分享 发光材料的光致发光原理图发光材料的光致发光原理图 牛牛文库文档分享 稀土的电子层结构稀土的电子层结构 Sc Ar3d1

14、4s2 Y Kr4d15s2 La Xe4f0145d016s2 牛牛文库文档分享 稀土离子的价态稀土离子的价态 根据根据洪特规则，电子处于半满、全空时较为稳定洪特规则，电子处于半满、全空时较为稳定。 对于稀土原子，通常是首先给出最外层对于稀土原子，通常是首先给出最外层2个个6s 2电子，接着给出次外层的 电子，接着给出次外层的1个个d电子电子 （如果有的话）或者给出倒数第三层的（如果有的话）或者给出倒数第三层的1个个4f电子，形成电子，形成+3价离子价离子RE3+。 镧系离子的化合价也可表现为非正常价态，即非三价状态。镧系离子的化合价也可表现为非正常价态，即非三价状态。 例如例如Ce4+(X

15、e4f0)、Pr4+(Xe4f1)，Tb4+(Xe4f7)，Dy4+(Xe4f8)。 Sm、Eu、Tm、Yb则常可表现为则常可表现为+2价态，价态，Sm2+(Xe4f6)，Eu2+(Xe4f7)， Tm2+(Xe4f13)，Yb2+(Xe4f14)。 牛牛文库文档分享 稀土发光材料稀土发光材料 凡含有稀土元素的发光材料均成为稀土发光材料。凡含有稀土元素的发光材料均成为稀土发光材料。 根据发光材料中稀土的作用分类：根据发光材料中稀土的作用分类： 1、稀土离子作为激活剂稀土离子作为激活剂 在基质中作为发光中心而掺入的离子成为激活剂。在基质中作为发光中心而掺入的离子成为激活剂。 2、稀土化合物作为基

16、质材料、稀土化合物作为基质材料 常见的可作为基质材料的稀土化合物有常见的可作为基质材料的稀土化合物有Y 3+Ar、 、 Sc3+Kr、La3+Xe、Lu3+Xe4f14、Gd3+Xe4f7等的化合物。等的化合物。 牛牛文库文档分享 处于激发态的辐射跃迁发射处于激发态的辐射跃迁发射 吸收能量后稀土达到激发态的高振动能级吸收能量后稀土达到激发态的高振动能级B； 然后弛豫到最低振动能级然后弛豫到最低振动能级C。由此产生的由此产生的eg 跃迁表现为宽带。跃迁表现为宽带。 从最低振动能级从最低振动能级C，通过发射，中心回到基态通过发射，中心回到基态 的高振动能级的高振动能级D；然后弛豫回到基态的最低振然

17、后弛豫回到基态的最低振 动能级动能级A。 系统自发返回基态并发射辐射。该过程跃迁选系统自发返回基态并发射辐射。该过程跃迁选 律与吸收过程相同。律与吸收过程相同。 抛物线的偏移量抛物线的偏移量 R = rexc rgr越大，吸收带越越大，吸收带越 宽。宽。 牛牛文库文档分享 稀土发光材料的优点稀土发光材料的优点 由于稀土离子特殊的由于稀土离子特殊的4f电子组态能级及电荷迁移带结构，使稀土发光材料的吸收，电子组态能级及电荷迁移带结构，使稀土发光材料的吸收， 激发和发射光谱展现出范围很宽且内涵丰富的光学光谱和发光特性，构成取之不激发和发射光谱展现出范围很宽且内涵丰富的光学光谱和发光特性，构成取之不

18、尽的光学宝库。尽的光学宝库。 镧系元素的电子组态为镧系元素的电子组态为4fn5d16s2或或4fn6s2，形成三价稀土离子时首先失去的是两形成三价稀土离子时首先失去的是两 个个6s和一个和一个5d或或4f电子，使三价稀土离子具有顺序增加的电子，使三价稀土离子具有顺序增加的4fn电子结构，电子结构，n0， 1，14，分别对应于分别对应于La3+，Lu3+离子。这些未充满的离子。这些未充满的4fn电子结构，使得电子结构，使得 稀土离子具有丰富的多重态能级，而电子在这些能级间跃迁所发出光子的能量许稀土离子具有丰富的多重态能级，而电子在这些能级间跃迁所发出光子的能量许 多都在可见区的范围内。多都在可见

19、区的范围内。 牛牛文库文档分享 稀土离子稀土离子(4fn) f-f跃迁跃迁 稀土离子拥有未完全充满的稀土离子拥有未完全充满的4f层，层，4f轨道处于离子的内部，被外部的轨道处于离子的内部，被外部的5s2和和5p6轨轨 道所屏蔽。因此，基质晶格对道所屏蔽。因此，基质晶格对4fn电子组态的光吸收跃迁的影响非常小（但不可电子组态的光吸收跃迁的影响非常小（但不可 忽略）。稀土离子晶体场分裂强度小。忽略）。稀土离子晶体场分裂强度小。 4fn组态内的电子跃迁是被宇称选律严格禁戒的，组态内的电子跃迁是被宇称选律严格禁戒的， R=0。稀土离子的线状吸收谱稀土离子的线状吸收谱 峰是由峰是由4fn组态内的电子跃迁

20、引起的，吸收强度很低。组态内的电子跃迁引起的，吸收强度很低。 当稀土离子处于偏离反演对称中心的基质格位时，晶体场势能展开式中出现奇当稀土离子处于偏离反演对称中心的基质格位时，晶体场势能展开式中出现奇 次项，将少量的相反宇称的波函数例如次项，将少量的相反宇称的波函数例如5d混入混入4f波函数中使晶体中宇称禁戒选波函数中使晶体中宇称禁戒选 律放宽。律放宽。 牛牛文库文档分享 稀土离子稀土离子(4f-5d和电荷迁移跃迁和电荷迁移跃迁) 稀土离子允许的电子跃迁发生在内层组态，包括两种不同的类型：稀土离子允许的电子跃迁发生在内层组态，包括两种不同的类型： (1)电荷迁移跃迁电荷迁移跃迁(4fn 4fn+

21、1L-1，此处此处L=配体配体)。 (2) 4fn 4fn-15d1跃迁。跃迁。 这两种跃迁都是允许的，在波谱中均表现为宽带状吸收。这两种跃迁都是允许的，在波谱中均表现为宽带状吸收。 易被还原的稀土离子发生电荷迁移跃迁，易被氧化的稀土离子发生易被还原的稀土离子发生电荷迁移跃迁，易被氧化的稀土离子发生4f 5d跃迁。跃迁。 牛牛文库文档分享 稀土离子稀土离子(4fn) f-f跃迁的发光特征跃迁的发光特征 除了除了Ce3+的发射来自的发射来自5d-4f跃迁外，一般三价稀土离子的发光皆来源于跃迁外，一般三价稀土离子的发光皆来源于4f组态能组态能 级之间的跃迁，其级之间的跃迁，其f-f跃迁的发光特征：

22、跃迁的发光特征： (1)发射光谱呈线性，受温度的影响很小。发射光谱呈线性，受温度的影响很小。 (2) 浓度淬灭小。浓度淬灭小。 (3) 温度淬灭小，即使在温度淬灭小，即使在400-500仍然发光。仍然发光。 (4)谱线丰富，可从紫外一直到红外。谱线丰富，可从紫外一直到红外。 在不同的基质和晶体场强度下，发光谱线的位置变化很小，但劈裂程度和各个在不同的基质和晶体场强度下，发光谱线的位置变化很小，但劈裂程度和各个 峰的强度会有变化，一定程度上会影响发光颜色。峰的强度会有变化，一定程度上会影响发光颜色。 牛牛文库文档分享 Eu3+(4f6)的线状发射的线状发射 Eu3+的最低激发态的最低激发态5D0

23、，跃迁方式跃迁方式5D07FJ (J = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6)。 若若Eu3+在晶格格位中占据反演对称中心，以磁偶极跃迁发射为主在晶格格位中占据反演对称中心，以磁偶极跃迁发射为主(J为奇数为奇数)； 若若Eu3+处在偏离反演对称中心的格位上，以受迫电偶极跃迁发射为主处在偏离反演对称中心的格位上，以受迫电偶极跃迁发射为主(J为偶数为偶数) 。 牛牛文库文档分享 Eu3+的线状发射的线状发射 跃迁跃迁波长范围波长范围/nm跃迁类型跃迁类型强度强度 5D07F0 578-581电偶极跃迁电偶极跃迁弱弱 5D07F1 593-600磁偶极跃迁磁偶极跃迁占据反演对称中心时强占据反演对

24、称中心时强 5D07F2 610-630电偶极跃迁电偶极跃迁偏离反演对称中心时强偏离反演对称中心时强 5D07F3 640-662磁偶极跃迁磁偶极跃迁宽而弱宽而弱 5D07F4 681-710电偶极跃迁电偶极跃迁宽而弱宽而弱 牛牛文库文档分享 Eu3+的线状发射的线状发射 SrY1-x P3O10: xEu3+ (x = 0.01, 0.03, 0.05, 0.1) 的发射光谱 S. M. Thomas, et al. New Red- and Green-Emitting Phosphors, AYP2O7.5:RE3+ (A=Ca and Sr; RE=Eu and Tb) under N

25、ear-UV Irradiation. J. Am. Ceram. Soc., 91 2 473477 (2008) 牛牛文库文档分享 Eu3+的线状发射的线状发射 NaLa0.9Eu0.1(MoO4)2-x(WO4)x (x = 0, 0.4, 0.8, 1, 1.4, 2) 的发射光谱的发射光谱 Zeng Lu(曾露), Tang Wanjun(唐万军). Synthesis and luminescence properties of Eu3+-activated NaLa(MoO4)(WO4) phosphor. Ceramics International 38 (2012) 837

26、840 牛牛文库文档分享 Tb3+的线状发射的线状发射 T b 3 + 的 发 射 来 自的 发 射 来 自 5D 4 7F J 跃迁，主 跃迁，主 要处于绿色光区。要处于绿色光区。 Na2+xCa1-2xTbxP2O8 (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5) 的发射光谱的发射光谱 牛牛文库文档分享 Pr3+的线状发射的线状发射 Pr 3+的发射来自 的发射来自 1D 2 3H4跃迁，主要处跃迁，主要处 于红色光区。于红色光区。 Tang Wanjun(唐万军), Wang Kun(王坤) , Bi Xuhui(闭旭辉), Chen Donghua(陈栋华). Syn

27、thesis of CaTiO3:Pr,Al phosphors by a peroxide-based route and their photoluminescence properties. J Mater Sci (2007) 42:99159919 CaTiO3:0.001Pr3+ 的激发和 发射光谱 牛牛文库文档分享 Ce3+的带状发射的带状发射 Ce3+有一个宽而强的有一个宽而强的4f-5d吸收峰，能有效的吸收能量，使本身发光，或将能量吸收峰，能有效的吸收能量，使本身发光，或将能量 传递给其他离子而起敏化作用。传递给其他离子而起敏化作用。 由于由于5d和和4f两能级的位形坐标曲线

28、不同，发射具有宽带特征。两能级的位形坐标曲线不同，发射具有宽带特征。 Ce3+基态基态4f1电子组态包括电子组态包括2F5/2和和2F7/2两个能级，由于自旋轨道偶合，二者相差两个能级，由于自旋轨道偶合，二者相差 2000cm-1。这使得的跃迁发射具有典型的双峰特征。这使得的跃迁发射具有典型的双峰特征。 牛牛文库文档分享 Ce3+的带状发射的带状发射 KSrPO4:0.01 Ce3+的激发和 发射光谱 Yizhu Lei(雷以柱), Qi Zou(邹奇), Dehai Du(杜德海). Energy transfer between Ce3+ and Eu2+ in doped KSrPO4.

29、 Appl Phys A (2009) 97: 635639 牛牛文库文档分享 Eu2+的带状发射的带状发射 Eu2+(4f7)有一个宽而强的有一个宽而强的4f65d4f7宽带跃迁。宽带跃迁。 由于由于5d电子裸露，受晶体场环境的强烈影响，跃迁能量随晶体环境的改变而明电子裸露，受晶体场环境的强烈影响，跃迁能量随晶体环境的改变而明 显变化，发射波长随基质的不同而在紫外光区到可见光区变化。可以通过选择基显变化，发射波长随基质的不同而在紫外光区到可见光区变化。可以通过选择基 质，改变晶体场对质，改变晶体场对Eu2+的影响，制备特定波长的荧光材料，故应用极其广泛。的影响，制备特定波长的荧光材料，故应用

30、极其广泛。 由于由于5d和和4f两能级的位形坐标曲线不同，发射具有宽带特征。两能级的位形坐标曲线不同，发射具有宽带特征。 牛牛文库文档分享 Eu2+的带状发射的带状发射 NaMgPO4: xEu2+的发射光谱 Wanjun Tang(唐万军), Yingli Zheng(郑映丽). Synthesis and luminescence properties of a novel blue emitting phosphor NaMgPO4:Eu2+. Luminescence 2010; 25: 364366 牛牛文库文档分享 Eu2+的带状发射的带状发射 KMg4(PO4)3:Eu2+的激发

31、和发射 光谱 Lan Xiaofang(蓝晓芳), Wei Qiaoqiao(韦俏俏), Chen Yuyan(陈玉燕), Tang Wanjun(唐万军). Luminescence properties of Eu2+-activated KMg4(PO4)3 for blue-emitting phosphor. Optical Materials 34 (2012) 13301332 牛牛文库文档分享 Mn2+的带状发射的带状发射 Mn2+(d5)的发射光谱是一条宽带，对应于的发射光谱是一条宽带，对应于4T16A1跃迁。跃迁。 它的位置取决于基质晶格。四面体配位的它的位置取决于基质晶格

32、。四面体配位的Mn2+（弱晶体场）通常产生绿色发射，（弱晶体场）通常产生绿色发射， 八面体配位的八面体配位的Mn2+（强晶体场）产生从橘黄色到红色的发射。强晶体场）产生从橘黄色到红色的发射。 如如Zn2SiO4:Mn2+的最大发射波长位于的最大发射波长位于528nm，发绿光。发绿光。 由于由于Mn2+对紫外线的吸收能力差，需要敏化剂来传递能量。对紫外线的吸收能力差，需要敏化剂来传递能量。 牛牛文库文档分享 Mn2+的带状发射的带状发射 Na2BaMg0.95P2O8:0.05Mn2+(A)和 Na2Ba0.985Mg0.95P2O8:0.015Eu,0.05Mn (B)的激发和发射光谱 牛牛文

33、库文档分享 改善稀土材料荧光跃迁的途径改善稀土材料荧光跃迁的途径 1、适当改变稀土离子周围的化学环境：通过选择基质的化学组成，添加适当的、适当改变稀土离子周围的化学环境：通过选择基质的化学组成，添加适当的 阳离子或阴离子，改变晶体场对稀土离子的影响，制备特定波长的荧光材料，阳离子或阴离子，改变晶体场对稀土离子的影响，制备特定波长的荧光材料， 提高发光效率。提高发光效率。 常见的基质：磷酸盐、碱土铝酸盐、硅酸盐等。常见的基质：磷酸盐、碱土铝酸盐、硅酸盐等。 2、引入敏化剂，这种物质吸收能量并把能量转移给稀土离子。可以寻找一种合、引入敏化剂，这种物质吸收能量并把能量转移给稀土离子。可以寻找一种合

34、适的辅助激活离子，可将某一波长入射光吸收，贮存，转换或传递给中心离子，适的辅助激活离子，可将某一波长入射光吸收，贮存，转换或传递给中心离子， 使中心发出荧光。使中心发出荧光。 Eu2+和和Ce3+在紫外、可见光区吸收较强，并能有效地把激发态能量通过无辐射在紫外、可见光区吸收较强，并能有效地把激发态能量通过无辐射 跃迁转移给中心离子发光，从而敏化稀土离子的发光，提离了稀土离子的发光跃迁转移给中心离子发光，从而敏化稀土离子的发光，提离了稀土离子的发光 强度。强度。 牛牛文库文档分享 能量传递能量传递 Lan Lijun(蓝丽君), Feng Hongmei(俸红梅), Tang Yan(唐 燕),

35、 Tang Wanjun (唐万军). Novel blue-emitting phosphor NaMg4(PO4)3: Eu2+, Ce3+ with energy transfer. Optical Materials 34 (2011) 175178 牛牛文库文档分享 能量传递能量传递 Wanjun Tang(唐万军), Donghua Chen (陈栋华), Haijian Yang (杨海建). Luminescence characteristics of energy transfer between Ce3+ and Eu2+ in NaMgPO4 phosphor. App

36、l Phys A (2011) 103: 263266 牛牛文库文档分享 能量传递能量传递 CaTiO3:0.05%Pr3+, CaTiO3:0.05%Pr3+,0.3B3+和 CaTiO3:0.05% Pr3+,1% Bi3+, 0.3B3+的 激发和发射光谱 Tang Wanjun (唐万军), Chen Donghua(陈栋华). Enhanced red emission in CaTiO3:Pr3+,Bi3+,B3+ phosphors. Phys. Status Solidi A 206, No. 2, 229232 (2009) 牛牛文库文档分享 稀土发光材料的制备方法稀土发光材

37、料的制备方法 1、高温固相法高温固相法 制得粉体稳定性好制得粉体稳定性好, 发光性能较好；经球磨处理发光性能较好；经球磨处理, 晶体完整性受晶体完整性受 破坏破坏, 发光亮度和效率降低。发光亮度和效率降低。 2、微波合成法微波合成法 粉体粒径较小粉体粒径较小, 组分均匀分布组分均匀分布, 发光效率高；易生成杂相发光效率高；易生成杂相, 合成合成 温度不易控制。温度不易控制。 3、沉淀法沉淀法 反应温度低反应温度低, 样品纯度高样品纯度高, 晶粒尺寸易控制晶粒尺寸易控制, 发光强度较好；要求各发光强度较好；要求各 组分具有相同或相似的水解或沉淀条件组分具有相同或相似的水解或沉淀条件, 制备多组分

38、时存在的问题较多。制备多组分时存在的问题较多。 4、水热法水热法 合成温度低合成温度低, 制备条件温和制备条件温和, 体系稳定；发光强度较低体系稳定；发光强度较低, 制备工艺技制备工艺技 术复杂术复杂, 影响因素较多。影响因素较多。 牛牛文库文档分享 溶胶溶胶-凝胶法制备稀土发光材料凝胶法制备稀土发光材料 优点：组分均匀性好优点：组分均匀性好, 烧结温度低烧结温度低, 晶粒尺寸易控制晶粒尺寸易控制, 发光强度较高；发光强度较高； 缺点：原料成本高缺点：原料成本高, 反应周期长反应周期长, 合成所用的醇盐对人体有害。合成所用的醇盐对人体有害。 Shengyu Yin(尹盛玉), Donghua

39、Chen(陈栋华), Wanjun Tang(唐万军), Yuhong Yuan(袁誉洪). Synthesis of CaTiO3: Pr, Al phosphors by sol- gel method and their luminescence properties. J Mater Sci (2007) 42:28862890. 牛牛文库文档分享 燃烧法制备稀土发光材料燃烧法制备稀土发光材料 优点：所得样品疏松优点：所得样品疏松, 易粉碎易粉碎, 不需要气氛保护不需要气氛保护, 节能节能 ； 缺点：添加有机物载体缺点：添加有机物载体, 需要废气排放及产品的后处理较复杂需要废气排放及产

40、品的后处理较复杂 。 Tang Wanjun (唐万军), Chen Donghua(陈栋 华), Wu Ming(伍明). Luminescence studies on SrMgAl10O17:Eu, Dy phosphor crystals. Optics & Laser Technology 41 (2009) 8184 牛牛文库文档分享 稀土发光材料按应用分类稀土发光材料按应用分类 1、三基色灯用荧光粉、三基色灯用荧光粉 2、LED照明发光材料照明发光材料 3、长余辉发光材料、长余辉发光材料 4、PDP用荧光粉用荧光粉 5、上转换材料、上转换材料 6、稀土固体激光器、稀土固体激光器

41、牛牛文库文档分享 三基色灯用荧光粉三基色灯用荧光粉 荧光粉组份荧光粉组份 发光峰值发光峰值 (nm) 发光发光 颜色颜色 (Y0.96 Eu0.04)2O3611 R红红 (Ce0.67Tb0.33)MgAl11O19 (La0.58Ce0.30Tb0.12)(PO4) 543 G绿绿 (Ba0.9Eu0.1)MgAl10O17 (Ba0.9Eu0.1)(Mg0.98Mn0.02)Al10O17 450 450主峰 515次峰 B蓝蓝 牛牛文库文档分享 三基色灯用荧光粉三基色灯用荧光粉 如果将蓝、绿、红（波长分别为如果将蓝、绿、红（波长分别为440、545、610nm）三种窄波长范围发射三种窄

42、波长范围发射 的荧光粉按一定比例混合，可制备高效率、高显色性的荧光灯。的荧光粉按一定比例混合，可制备高效率、高显色性的荧光灯。 牛牛文库文档分享 LED照明发光材料照明发光材料 LED（Light Emitting Diode），），发光二极发光二极 管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把 电能转化为光能。电能转化为光能。 发光二极管是由发光二极管是由-族化合物，如族化合物，如GaAs（砷化镓）、砷化镓）、GaP（磷化镓）、磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其磷砷化镓）等半导体制成的，其 核心是核心是PN结。因此它具有一般结。因此它具有一

43、般P-N结的结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。在一定条件下，它还具有发特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。在一定条件下，它还具有发 光特性。在正向电压下，电子由光特性。在正向电压下，电子由N区注入区注入P区，空穴由区，空穴由P区注入区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与 多数载流子（多子）复合而发光多数载流子（多子）复合而发光 牛牛文库文档分享 实现白光实现白光LED照明照明 基于三基色原理，利用红、绿、蓝三基色LEDLED芯片合成白光，如图a a。这种方式效率高、色 温可调，但由于三基色光衰不同导致色温不稳定，并且控制

44、电路复杂，成本较高，性价比偏低， 适用于对颜色要求较高的场合。 利用紫外LED激发三色荧光粉，由荧光粉发出的光合成白光，如图b。这种WLED显色型号， 制备简单，但是紫外芯片效率较低，有紫外光泄露问题，荧光粉温度稳定性也有待解决，且目 前尚缺乏大功率紫外LED。 牛牛文库文档分享 实现白光实现白光LED照明照明 采用蓝光采用蓝光LED激发黄色荧光粉，实现二元混色白光，如图激发黄色荧光粉，实现二元混色白光，如图c。 这种这种LED效率高，制备简单，温度稳定性较好，显色性较好，但是仍存在一致效率高，制备简单，温度稳定性较好，显色性较好，但是仍存在一致 性差、色温会随角度变化的缺点。性差、色温会随角

45、度变化的缺点。 这种方案具有成熟的荧光粉和高效、可靠的蓝光光源，最高的流明效率，是目这种方案具有成熟的荧光粉和高效、可靠的蓝光光源，最高的流明效率，是目 前普遍采用的技术路线。前普遍采用的技术路线。 牛牛文库文档分享 各种白光各种白光LED照明芯片照明芯片 牛牛文库文档分享 蓝光转换型荧光粉蓝光转换型荧光粉YAG 蓝光转换型黄色荧光粉：蓝光转换型黄色荧光粉： Y3Al5O12:Ce3+ (YAG Ce3+ ) 牛牛文库文档分享 其他蓝光转换型荧光粉其他蓝光转换型荧光粉 蓝光转换型黄色荧光粉：蓝光转换型黄色荧光粉：Li2SrSiO4:Eu2+ 牛牛文库文档分享 一种紫光转换型荧光粉一种紫光转换型

46、荧光粉 CaTiO3:0.1%Pr,xBi,0.3B (x = 07%) 的激发光谱 Tang Wanjun (唐万军), Chen Donghua(陈栋华). Photoluminescence properties Pr3+ and Bi3+-codoped CaTiO3 phosphor prepared by a peroxide-based route. Materials Research Bulletin 44 (2009) 836839 牛牛文库文档分享 长余辉发光材料长余辉发光材料 长余辉发光材料也被称作蓄光材料，或者夜光材料，指的是在自然光或其它人造长余辉发光材料也被称作蓄

47、光材料，或者夜光材料，指的是在自然光或其它人造 光源照射下能够存储外界光辐照的能量，然后在某一温度下（指室温），缓慢地光源照射下能够存储外界光辐照的能量，然后在某一温度下（指室温），缓慢地 以可见光的形式释放这些存储能量的光致发光材料。以可见光的形式释放这些存储能量的光致发光材料。 牛牛文库文档分享 常用的长余辉发光材料常用的长余辉发光材料 发光材料发光颜色发光谱峰波长/nm余辉时间/min BaAl2O4:Eu,Dy 蓝绿色496120 CaAl2O4:Eu,Nd 蓝紫色4461000 Sr4Al14O25:Eu,Dy 蓝绿色4902000 SrAl2O4:Eu,Dy 黄绿色5204000

48、Sr2MgSi2O7:Eu,Dy 蓝色4692000 Y2O2S:Eu3+,Ti4+,Mg2+ 红色626500 CaTiO3:Pr3+ 红色61340 牛牛文库文档分享 一种红色长余辉发光材料一种红色长余辉发光材料 Tang Wanjun (唐万军), Chen Donghua(陈栋华).Photoluminescent Properties of (Ca,Zn)TiO3:Pr,B Particles Synthesized by the Peroxide-Based Route Method. J. Am. Ceram. Soc., 90 10 31563159 (2007) 牛牛文库文档

49、分享 稀土发光材料发展展望稀土发光材料发展展望 三基色灯用荧光粉三基色灯用荧光粉单基质三掺杂单基质三掺杂 单基质双掺杂单基质双掺杂 减少稀土用量减少稀土用量 LED照明发光材料照明发光材料 提高提高YAG显色性显色性 破除破除YAG专利魔咒专利魔咒 长余辉发光材料长余辉发光材料 余辉时间更长，几天？余辉时间更长，几天？ 余辉亮度更高，夜间照明？余辉亮度更高，夜间照明？ 余辉色彩更丰富，余辉色彩更丰富，红色红色？ 牛牛文库文档分享 欢迎莅临欢迎莅临7-413指导，谢谢！指导，谢谢！ 牛牛文库文档分享 阴极射线发光阴极射线发光(cathodeluminescence) 发光物质在电子束激发下所产生

50、的发光发光物质在电子束激发下所产生的发光。 电子射入发光材料的晶格，由于一系列的非弹性碰撞而形成二次电子，其中一电子射入发光材料的晶格，由于一系列的非弹性碰撞而形成二次电子，其中一 部分由于二次发射损失掉，而大部分电子激发发光中心，以辐射或无辐射跃迁部分由于二次发射损失掉，而大部分电子激发发光中心，以辐射或无辐射跃迁 形式释放所吸收的能量，这些跃迁的比例决定了发光的效率。形式释放所吸收的能量，这些跃迁的比例决定了发光的效率。 通常电子束激发时，电子所具有的能量是很大的，都在几千电子伏以上，甚至通常电子束激发时，电子所具有的能量是很大的，都在几千电子伏以上，甚至 达几万电子伏。一个高速电子的能量是光子能量的几千倍或更多，这足以产生达几万电子伏。一个高速电子的能量是光子能量的几千倍或更多，这足以产生 干百个发光辐射光子。干百个发光辐射光子。 如电视机显像管如电视机显像管CRT。 牛牛文库文档分享 稀土离子稀土离子(4f-5d和电荷迁移跃迁和电荷迁移跃迁) 稀土离子允许的电子跃迁发生在内层组态，包括两种不同的类型：稀土离子允许的电子跃迁发生在内层组态，包括两种不同的类型： (1)电荷迁移跃迁电荷迁移跃迁(4fn 4fn+1L